§ 23. Взаємодія вірусів із клітинами

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

То як саме бактерії захищаються від вірусів за допомогою цієї системи?

Бактеріальна клітина за допомогою спеціальних ферментів розрізає вірусну ДНК і вбудовує її короткий фрагмент у власну ДНК (у ділянку CRISPR). Надалі ця збережена послідовність слугує зразком для розпізнавання: під час повторного проникнення аналогічного вірусу білковий комплекс Cas швидко знаходить відповідну вірусну нуклеїнову кислоту і розщеплює її.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Деякі бактеріофаги, потрапляючи в бактерію, не знищують її, а вбудовують свою ДНК в ДНК бактерії і так існують протягом певного часу (мал. 23.1). Які вигоди може мати така стратегія взаємодії бактеріофага з клітиною бактерії?

Така стратегія дає вірусу змогу виживати в несприятливих умовах, коли навколо бракує достатньої кількості бактерій для масового зараження. Вбудована вірусна ДНК реплікується разом із бактеріальним геномом під час кожного поділу клітини, тому фаг безпечно й пасивно збільшує свою чисельність без руйнування хазяїна.

2. Деякі віруси, як-от вірус грипу або коронавірус, потребують постійного створення нових варіантів вакцин. Чим це зумовлено?

Це зумовлено дуже високою мінливістю та частими мутаціями РНК-геному цих збудників. Через мутації форма їхніх поверхневих білків постійно змінюється, тому імунна система, навчена попередньою вакциною, більше не впізнає оновлену форму вірусу.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Чому віруси не здатні розмножуватися поза живими клітинами?

Віруси є неклітинними формами життя і не мають власних білоксинтезувальних систем, рибосом та обміну речовин. Для відтворення власних структур вони обов’язково використовують ферменти, будівельні блоки та енергію живої клітини-хазяїна.

2. Переглянь відео в e-додатку і дай відповіді на запитання (завдання 23.1).

Відео до завдань: http://www.youtube.com/watch?v=s6u14X1VrJI [source: 2]

НЕКЛІТИННІ ФОРМИ ЖИТТЯ

Як віруси проникають у клітини?

Вірус маскується під корисну сполуку, прикріплюється до білкових виступів-рецепторів на мембрані, після чого клітина сама помилково втягує його крізь мембрану всередину.

Як клітини протидіють вірусам?

Спеціальні ферменти розщеплюють прониклий вірус на шматки та виставляють один із них на зовнішню мембрану як сигнал тривоги для сусідніх клітин. Сусідні клітини зчитують цей сигнал, знаходять потрібні інструкції у своїй ДНК і через рибосоми та комплекс Гольджі масово синтезують захисні білки-антитіла, які знищують віруси.

3. Чому бактеріофагам важко проникати в клітини бактерій і як вони це роблять?

Проникнення ускладнюється наявністю у бактерій товстої і дуже міцної клітинної стінки. Фаги спочатку фіксуються на оболонці за допомогою хвостових ниток, а потім уводять свою ДНК всередину клітини, проштрикуючи стінку порожнистою білковою трубкою та розчиняючи її спеціальними ферментами.

4. Які вірусні захворювання вражають людину і які з них можна вважати найбільш небезпечними у сучасних умовах?

Людину вражають грип, COVID-19, вірусні гепатити, ВІЛ-інфекція, поліомієліт, вітряна віспа, кір, сказ та лихоманка Ебола. Найнебезпечнішими у сучасних умовах є сказ і лихоманка Ебола через надзвичайно високу летальність, а також ВІЛ/СНІД і гепатити через тривалий прихований перебіг та руйнування імунітету й клітин печінки.

5. Як збудники вірусних захворювань можуть потрапляти в організм людини?

Віруси потрапляють в організм повітряно-крапельним шляхом під час дихання (грип, коронавірус), з немитою їжею або водою через травний тракт (ротавірус), через пошкоджену шкіру чи слизові оболонки під час укусів тварин і комах (сказ, кліщовий енцефаліт), а також статевим шляхом і через кров (ВІЛ, гепатити).

6. В середині ХХ століття в одному з європейських містечок почалася епідемія вірусу енцефаліту, який, як було вже відомо на той час, потрапляв в організм людини через укуси кліщів. Але більшість хворих у цьому містечку з кліщами не контактували. Яким ще способом вірус міг потрапити в організм? Запропонуй гіпотезу, яка пояснює цей факт, і вкажи, яким способом можна її перевірити.

Вірус енцефаліту міг потрапити в організм аліментарним (харчовим) шляхом через уживання сирого непастеризованого молока кіз або корів, яких перед тим покусали інфіковані кліщі. Перевірити цю гіпотезу можна шляхом лабораторного дослідження зразків сирого молока місцевих господарств на наявність часток вірусу, а також за допомогою опитування хворих щодо вживання домашніх молочних продуктів без термічної обробки.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

Виконай завдання (див. с. 9).

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Взаємодія вірусу з клітиною завжди складається з чотирьох чітких стадій: прикріплення, проникнення, реплікації та виходу.
• Бактерії мають власну систему набутого імунітету CRISPR/Cas, яка розпізнає та знешкоджує вірусну ДНК.
• РНК-віруси, зокрема вірус грипу та ВІЛ, мають найвищу мінливість серед збудників інфекцій.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Мене здивувало, що бактерії ще мільярди років тому виробили власний механізм набутого імунітету проти вірусів, який зараз допомагає вченим редагувати гени.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Труднощі викликало розуміння відмінностей між проникненням бактеріофагів та проникненням складних вірусів у клітини ссавців. Розібратися допомогло уважне зіставлення малюнків 23.2 та 23.3 у тексті параграфа.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Отримані знання допоможуть мені свідомо дотримуватися правил профілактики респіраторних інфекцій, не нехтувати плановими щепленнями та обов’язково кип’ятити непастеризоване фермерське молоко.

УЗАГАЛЬНЮВАЛЬНІ ДОСЛІДНИЦЬКІ ЗАВДАННЯ

1. Ознайомся в e-додатку (завдання 23.2) з інформацією про спосіб визначення кількості часток бактеріофагів в препараті шляхом послідовних розведень препарату в 10 разів та розміщення крапель з відповідними розведеннями в різних секторах чашки Петрі з культурою бактерій. Після цього виконай завдання.

• Поясни, хто такі бактеріофаги і яке значення вони відіграють у природі й житті людини.

Бактеріофаги — це віруси, які вражають бактеріальні клітини. У природі вони підтримують екологічний баланс, контролюючи чисельність мікроорганізмів у ґрунтах і водоймах та забезпечуючи горизонтальне перенесення генів. У житті людини їх застосовують у медицині для фаготерапії замість або разом з антибіотиками, у харчовій промисловості для захисту від псування, а також у молекулярній біології та генній інженерії.

• Розрахуй кількість фагів в 1 мл препарату, якщо в результаті розведень буде отримано чотири точки в секторі 7.

Сектор 7 відповідає розведенню препарату в $10^7$ разів ($1 : 10\ 000\ 000$, тобто фактор розведення $10^{-7}$). Кожна окрема прозора точка (бляшка лізису) утворюється внаслідок розмноження однієї фагової частки, отже, у краплі розведення містилося 4 віріони.

• Якщо за методикою об’єм краплі дорівнює $0{,}02\text{ мл}$ ($20\text{ мкл}$), то титр фагів у нерозведеному препараті становить: $\frac{4 \times 10^7}{0{,}02} = 2 \times 10^9\text{ фагів/мл}$.
• Якщо об’єм краплі становить $0{,}1\text{ мл}$, то титр дорівнює: $\frac{4 \times 10^7}{0{,}1} = 4 \times 10^8\text{ фагів/мл}$.
• Безпосередній перерахунок кількості часток на ступінь розведення становить $4 \times 10^7 = 40\ 000\ 000$ часток на об’єм нанесеної краплі.

• Попрацюйте в групах. Підготуйте презентації про французького мікробіолога Фелікса д’Ереля: 1 група — про життя науковця; 2 група — про його наукову діяльність.

1 група (життя науковця): Фелікс д’Ерель (1873–1949) — відомий франко-канадський мікробіолог, який здобув наукові знання здебільшого шляхом самоосвіти. Він плідно працював у багатьох куточках світу: в Інституті Пастера в Парижі, в інфекційних лабораторіях Південної Америки, Єгипту, Індії, був професором Єльського університету в США та брав участь у створенні науково-дослідного інституту бактеріофагії в Тбілісі.

2 група (наукова діяльність): У 1917 році вчений незалежно від інших дослідників описав феномен руйнування бактерій вірусами та ввів термін «бактеріофаг». Фелікс д’Ерель першим запропонував концепцію фаготерапії та успішно використав культури фагів для лікування дизентерії та холери, започаткувавши використання вірусів у боротьбі з патогенними бактеріями задовго до широкого відкриття антибіотиків.

2. Розглянь фото, на якому зображено клітину на одній зі стадій мітозу. Дай відповіді на запитання.

• Якій фазі мітозу відповідає зображення на цьому фото?

Зображення відповідає метафазі мітозу.

• Які процеси відбуваються в клітині протягом цієї фази?

Під час метафази хромосоми повністю конденсуються і шикуються у центральній екваторіальній площині клітини, утворюючи характерну метафазну (екваторіальну) пластинку. До центромер (кінетохорів) кожної двохроматидної хромосоми прикріплюються мікротрубочки веретена поділу, що йдуть від протилежних полюсів.

• Яка фаза передує зображеній, а яка йде після неї?

Зображеній метафазі передує профаза (або прометафаза), а безпосередньо після неї настає анафаза, під час якої сестринські хроматиди розходяться до протилежних полюсів клітини.